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试验题目1测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数

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1

8th 亚洲物理奥林匹克竞赛

中国上海

2007年4月25日，星期三

实验试题1(时间2小时45分)

在实验前请仔细阅读实验题

考前须知：

1．实验题包含两个实验。实验1考试时间2小时45分，实验2考试时间2小时15分。

2．使用考场提供的笔和仪器。

3．只能在纸的正面答题。

4．每个题目除空白纸外，还有答题纸。你必须在答题纸上概括你已获得的结果，数字结果必须有适合的有效数字和单位。

5．在空白纸上写上所有你认为对答题有用的测量结果等你认为有用的内容。答题时尽可能少用文字；主要用方程、数字和图表达。

6．在每页答案纸、白纸以及作图纸顶端的格子里填上你的胸牌上的学生代码（Student

Code），另外白纸的顶端填上序号n（Page）以及用每一题于评分的总页数N (Total

Number of Pages）。

7．开始解答每一个问题时，另起一页纸。每张纸的开头都要有题目号和小题号。不用于评分的草稿纸，在整张纸上打一个大叉，不要编号。

8．在考试结束时, 请将每题的答题纸和空白纸按下列顺序整理好：答案纸（最上面），已编序号、用于评分的空白纸，不用于评分的草稿纸，考题（最后）。

最后把所有纸张放入所给的大信封，其他所有的东西放在桌上。不允许带走室内的任何东西。 2 实验第1题

利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数（10分）

一. 实验说明

光学仪器常常需要在高温或低温的条件下使用。当光学仪器在不同温度下使用时,其光学元件材料的热学性质，包括热膨胀系数和折射率温度系数，会直接影响它的光学性质。 热膨胀系数的定义为dTdLL1，折射率温度系数的定义为dTdn，其中L是材料的长度、T是温度、n是折射率。本实验要求测量一种玻璃材料的和。

二．实验装置与器材

1.样品：实验所用的样品由均匀各向同性的待测玻璃制成，如图1所示。其中A是被切去一部份的玻璃圆柱体，上下表面基本平行；B和B’是两块也被切去一部份的圆形玻璃板，每块玻璃板的上下表面不平行。三块玻璃A、B、B’胶合成一体，如图1所示。胶的折射率与玻璃相同，厚度可以忽略不计。

2. 加热装置：该实验的加热装置如图2所示，图中电炉右边的旋钮用于调节电炉温度。大铝块中间有一个圆柱形的样品腔，样品可放在其中。小铝块上有两个孔，小孔可用于通光，大孔可用来插温度计的探头。如要对样品加热，可先小心地将样品滑入大铝块的样品腔中（这时应将大铝块倾斜，以防样品撞碎），再放入小铝块，然后把整个大铝块放入电炉上的钢杯中，就可以对样品加热。（钢杯内不可放水；也不可取下钢杯把大铝块直接放在电炉上加热。） 3

3.光源支架：如图3所示，在支架的上部装有He-Ne激光器及其电源，在激光器的下面有一个倾斜的搁架，上面搁放了一块带小孔的平板，贴有方格纸，可用作观察屏。支架底部有三个脚，C脚是固定的，不可调节，A脚和B脚可以调节。

图3

4. 样品平台：光源支架底部有一圆形平台，用于放置样品或电炉，其底部有三个脚a、b、c，高低可调，见图3。

5. 数字式温度计

6. 直尺：

7. 水盆：（内有冷却用水）

8. 毛巾： 4 9 .作图用坐标纸：

10. 计算器：

11. 铅笔与水笔：

【注意】

a. 眼睛不可正对激光入射方向去看激光，否则可能损伤视网膜！

b. 不要触摸样品的光学表面，实验时注意轻拿轻放，以免弄坏样品。

三．实验内容

1． 问题（2.4分）

1.1 一束白色自然光通过一片红色透光纸片后，投射到一2厘米左右厚玻璃块。光束在玻璃块的上下表面反射并在观察屏上相遇，形成一没有干涉条纹的光斑，如图4(a).然而当激光束投射到相同的玻璃块时，两束反射光在同样的观察屏上相遇，形成具有干涉条纹的光斑，形成这两种不同现象的原因是什么？请选择一个正确答案(0.4分)

A.激光束比红色光更强

B.激光准直性比红色光更好

C.激光的相干性比红色光好

D．激光的波长比红色光短

图4 5 1.2a如图5所示，如有一束激光分别近正入射到a 、b、c三个区域时，其反射光应有几个主要光斑（不考虑多次反射）？这些反射光斑的光场分布是否必然与入射光的一样？

1.2b 如果有的反射光斑光场分布可能与入射光的分布不一样，请说明理由。

图5

2． 实验：测量玻璃的和（7.6分）

已知激光的波长 = 632.8nm，样品中玻璃圆柱体A的高度L = 10.12±0.05mm，n = 1.515，要求测出该玻璃的温度在40℃－90℃范围内的热膨胀系数和折射率温度系数（在测量温度范围内和可视为常数）。

2.1 设计实验方案，画出实验光路图并推导出有关的测量公式。（3.2分）

2.2进行实验，记录测量和所需要的数据。（1.6分）

2.3求出该材料的和并估算它们的不确定度。（2.6分）

2.4写出最后的实验结果。（0.2分）

【注意】

1．将样品放入大铝块样品腔中时，为避免样品撞碎，应将大铝块倾斜，小心地让样品慢慢地滑入样品腔的底部。

2．实验时可连续升温，边升温边测数据，以免时间不够。对样品加热时可把电 6 炉的旋钮旋到最大，当温度接近90oC时（85℃左右），立即将旋钮旋到最小，停止加热。在加热的过程中，左边的加热指示灯会变暗又变亮，这是仪器在自动控制温度，不用理会。

3．大铝块样品腔中的样品加热后，自然冷却很慢。如要它快速冷却，可以先将加热过的放有大铝块的钢杯放入水盆中，冷却一段时间后（至少5分钟），再用毛巾小心地裹着大铝块将它直接放入水中，加速冷却。小心烫手！冷却后擦干，仍放回钢杯中，可再次加热。电炉切不可用水冷却，以免短路。

4．实验操作完成后，应及时关断电炉的电源，以免过热。

警告：

实验中要加倍小心！因为实验中没有足够的样品和备用仪器，如果样品和仪器被损坏，你可能难以完成你的实验。

7 Student code

答题纸 实验1-1（共4页）

实验题1：用干涉的办法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数

1.回答问题（2.4分）

1．1产生这现象的原因（单选） 。(0.4分)

A.激光束比红色光更强

B.激光准直性比红色光更好

C.激光的相干性比红色光好

D．激光的波长比红色光短

1.2a

将结果填入下表（填对一格给0.1分，填错或多填一格扣0.1分，扣完为止）

激光近正入射的区域 反射光的主要光斑数 这些反射光斑光场的分布与入射光的分布是否必然相同？

“是”填“Y”，“否”填“N”

光斑1

（若有） 光斑2

（若有） 光斑3

（若有） 光斑4

（若有） …

a

b

c

1.2b

(0.2分)

如果有的反射光斑光场分布可能与入射光的不一样，即上表中有“否”（N），

请用一个关键词说明理由: 。

8 Student code

答题纸 实验1-2（共4页）

实验题1：应用干涉的方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数

2测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数(7.6分)

2.1

画出实验光路图并给出公式

测量热膨胀系数的光路图

测量折射率温度系数光路图 测量公式＝ 测量公式＝ 9 Student code

答题纸 实验1-3（共4页）

实验题1：用干涉到方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数

2.2

测量和的数据记录（自行列表）：

10

Student code

答题纸 实验1-4（共4页）

实验题1：用干涉到方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数

2.3

计算和并估算它们的不确定度（写出估算不确定度的公式）：

=

＝

2.4

最后实验结果为：



11

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玻璃参数大全范文

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1. 密度：玻璃的密度一般在2.2-2.8g/cm³之间，具体数值取决于玻璃的成分和制造工艺。

2.折射率：玻璃的折射率是指光线在玻璃中传播时的折射现象。不同类型的玻璃折射率不同，一般在1.45-1.9之间。

3.热膨胀系数：玻璃的热膨胀系数是指玻璃在温度变化时的体积膨胀率。一般情况下，玻璃的热膨胀系数为5-10×10⁻⁶/℃。

4.硬度：玻璃的硬度指的是玻璃抵抗划伤的能力，一般用摩氏硬度表示。常见玻璃的摩氏硬度大约在5-7之间。

5.压缩强度：玻璃的压缩强度是指在压力下抵抗破碎的能力，一般用兆帕(MPa)表示。不同类型的玻璃压缩强度不同，一般在500-1000MPa之间。

6.抗弯强度：玻璃的抗弯强度是指玻璃在外力作用下不发生破碎的能力，一般用兆帕(MPa)表示。不同类型的玻璃抗弯强度不同，一般在50-200MPa之间。

7.热导率：玻璃的热导率是指热量在玻璃中传导的能力。一般情况下，玻璃的热导率为0.8-1.5W/(m·K)。

8.热透过率：玻璃的热透过率是指玻璃对热辐射的传递能力。不同类型的玻璃热透过率不同，一般在0.8-0.9之间。

9.声透过率：玻璃的声透过率是指玻璃对声波的透过能力。不同类型的玻璃声透过率不同，一般在0.1-0.8之间。 10.导热系数：指材料导热的能力，一般用λ表示。导热系数也称热传导系数，它是材料的一个物理量，用来衡量单位厚度和单位横截面面积上的热量通过该材料在单位时间内的传导量，一般用W/(m·K)表示。

11.耐热温度：玻璃的耐热温度是指玻璃能够耐受的最高温度。不同类型的玻璃耐热温度不同，一般在500-1000℃之间。

12.化学稳定性：玻璃的化学稳定性是指玻璃在各种化学溶液中的稳定性。一般情况下，玻璃具有较好的化学稳定性，可以耐受酸碱的侵蚀。

13.透光性：玻璃的透光性是指玻璃对可见光的透过能力。一般情况下，玻璃具有较好的透光性，透过率高达80%以上。

熔体和玻璃体

熔体和玻璃体

3 熔体和玻璃体

熔体和玻璃体是物质另外的两种聚集状态，对这两种聚集状态的研究对无机材料的形成和性质的理解有着重要的作用。

3.1 熔体的结构

最开始，人们把液体看作是更接近于气体状态，是被压缩了的气体。内部质点排列是无序的，只是质点间距较短。

接着发现，液体结构在沸点和凝固点之间变化很大。实验证实，接近于结晶温度的液体中质点的排列形式和晶体相似。

由同一物质不同聚集状态的x射线衍射图知：

气体：θ小，I大，随θ↗，I↘。

熔体和玻璃：质点有规则排列区域高度分散，峰宽阔，峰位对应晶体相应峰位区域。表明液体中某一质点最邻近的几个质点的排列形式与间距与晶体相似，体现了液体结构中的近程有序和远程无序的特征。

上述分析可以看出：液体是固体和气体的中间相（介于两态之间的一种物质状态）。在高温时与气体接近，在稍高于熔点时与晶体接近。

熔体结构理论有多种，近年来，熔体聚合物理论为较多人接受，用来解释熔体结构及结构—组成—性能关系。

硅酸盐熔体组成复杂，黏度大，其结构研究困难。

熔体聚合物理论，提出的结构模型比较具体，而且能进行一些定量计算。

介绍该理论的要点：

（1）什么是聚合物？

对于硅酸盐熔体来说，不同聚合程度的负离子团（单体）（二聚体）（三聚体）等就是聚合物。

硅酸盐熔体中最基本的离子是硅、氧、碱土或碱金属离子。电荷高，半径小，有着很强的形成的能力。键具有高键能，有方向性和低配位等特点，导致硅酸盐倾向于形成相当大的、形状不规则的、短程有序的离子聚合体。

（2）聚合物形成的三个阶段

① 熔融石英的分化过程

熔体中的键（指碱或碱土金属）的键型的离子键为主，

与两个相连的称为桥氧（）

与一个相连的称为非桥氧（）

当引入熔体中时，键的键强比键弱得多。

能把键上的离子拉到自己周围，使桥氧断裂，并使键的键强、键长和键角都发生变动。

例如：

熔融石英中，连成架状，

若加入，使比例升高，

随着加入量的增加，可达，

玻璃材料参数

玻璃材料参数

玻璃材料参数

玻璃是一种非晶态固体材料，具有透明、坚固、化学稳定等特点，在建筑、家具、汽车等领域有着广泛的应用。玻璃材料的参数对于其性能和用途具有重要影响，下面将对玻璃材料的参数进行详细介绍。

1. 密度。

玻璃的密度通常在2.2-2.8g/cm³之间，不同类型的玻璃密度会有所不同。密度的大小直接影响着玻璃的重量和硬度，一般来说，密度越大的玻璃材料越坚固。

2. 折射率。

折射率是衡量玻璃材料光学性能的重要参数，不同类型的玻璃折射率也会有所不同。折射率越高的玻璃，其透光性能越好，因此在光学仪器和光学器件中有着重要的应用。

3. 热膨胀系数。

玻璃的热膨胀系数是指玻璃材料在温度变化时长度、体积发生变化的比例。热膨胀系数的大小直接影响着玻璃在温度变化时的稳定性，对于玻璃制品的加工和使用具有重要的影响。

4. 抗拉强度。

玻璃的抗拉强度是指玻璃材料在受拉力作用下的抵抗能力，是衡量玻璃材料抗拉性能的重要参数。不同类型的玻璃抗拉强度会有所不同，一般来说，抗拉强度越大的玻璃材料具有更好的耐力和抗风化能力。

5. 硬度。 玻璃的硬度是指玻璃材料抵抗外力作用的能力，硬度越高的玻璃材料越难被划伤。硬度的大小直接影响着玻璃的耐磨性和耐腐蚀性，因此在玻璃制品的选材和使用中具有重要的作用。

6. 导热系数。

玻璃的导热系数是指玻璃材料导热性能的参数，不同类型的玻璃导热系数会有所不同。导热系数的大小直接影响着玻璃的传热性能和保温性能，在建筑和家具等领域有着重要的应用。

7. 耐化学性。

玻璃的耐化学性是指玻璃材料在化学腐蚀作用下的抵抗能力，不同类型的玻璃耐化学性会有所不同。耐化学性的好坏直接影响着玻璃在不同环境下的稳定性和耐久性，因此在化工和实验室等领域有着重要的应用。

综上所述，玻璃材料的参数对于其性能和用途具有重要的影响，不同类型的玻璃具有不同的参数特点，选用合适的玻璃材料对于产品的质量和性能具有重要的意义。希望本文所介绍的玻璃材料参数能够对您有所帮助。

玻璃的四个基本参数

玻璃的四个基本参数

玻璃的四个基本参数

玻璃是一种广泛应用于建筑、家居、汽车等领域的材料，其性能的好坏直接影响到使用效果和安全性。玻璃的四个基本参数是折射率、透过率、热膨胀系数和硬度。

折射率是指光线从空气中射入玻璃后的折射程度，也就是光线在玻璃中传播的速度。折射率越高，光线在玻璃中传播的速度就越慢，折射角度就越大。一般来说，玻璃的折射率在1.5左右，高折射率玻璃可以用于制作光学仪器和眼镜等。

透过率是指光线穿过玻璃的程度，也就是玻璃的透明度。透过率越高，玻璃的透明度就越好，光线穿透的程度就越大。透过率是玻璃的重要性能指标之一，对于建筑玻璃来说，透过率越高，室内的采光就越好，节省了能源。

热膨胀系数是指玻璃在温度变化时的膨胀程度，也就是玻璃的热稳定性。热膨胀系数越小，玻璃的热稳定性就越好，不易因温度变化而产生变形或破裂。这对于汽车玻璃和建筑玻璃来说尤为重要，因为它们需要承受不同温度下的压力和变形。

硬度是指玻璃的抗刮擦和抗磨损能力，也就是玻璃的耐久性。硬度越高，玻璃的耐久性就越好，不易被刮花或磨损。这对于家居玻璃和汽车玻璃来说尤为重要，因为它们需要经常接触到物体和人体。

玻璃的四个基本参数是折射率、透过率、热膨胀系数和硬度。这些参数直接影响到玻璃的性能和使用效果，因此在选择玻璃时需要根据具体的使用场景和需求来进行选择。